未来电机控制的主流方案—IPM

摘要：IPM（Inteigent Power Modue），内置了驱动和保护电路，使系统硬件电路更简单可靠，不仅缩短系统开发周期，而且提高了故障下的自保护能力，IPM将是未来电机控制的主流方案。

随着汽车的逐年增长，汽车电动部分的控制也随之而升，诸如汽车高压辅助电机、压缩机、油泵、水泵、涡轮增压器、各种风扇等。虽然传统的分立式也能满足需求，但是集成度不高，参数选型繁琐，预驱和驱动相结合，总体设计较为复杂，ZG 基于ON的智能功率模块推出了适用于汽车三相650V 30A/40A/50A IPM电机控制解决方案，如图1所示。与普通的IGBT相比，IPM在系统性能及可靠性方面得到进一步的提升。 

图 1  电机控制解决方案

一、方案芯片介绍

下图是ON适用于汽车650V智能功率模块，它分为30A、40A、50A电流等级，本文主要针对50A的版本作介绍。IPM是一款先进的汽车SPM模块，为混合动力汽车和电动汽车提供全功能，高性能的逆变器输出。模块集成了内置IGBT优化的栅极驱动，可最大限度地降低EMI和损耗，同时还提供多种模块内保护功能，包括欠压锁定，过流关断，驱动IC热监控和故障报告。内置的高速HVIC仅需要一个电源电压，并将输入的逻辑电平栅极输入转换为正确驱动模块内部IGBT所需的高电压、高电流的驱动信号，内部结构如图2所示。

图 2  IPM内部框图

二、IPM具有以下特征：

  采用汽车SPM 27引脚DIP封装；

  车规级芯片（AEC-Q100/101和V 324）；

  650 V / 50 A三相IGBT逆变器，带有集成栅极驱动器和保护；

  具有稳定的EMI性能；

  使用AIN DBC基板的出色热阻，散热效率更高；

  内置VIC温度传感器，节约BOM成本；

  散热板隔离额定值：2500 Vrms / 1 min；

  无铅且符合RoHS标准；

三、电机控制解决方案设计

方案采用ON反激式拓扑结构，高压、低压隔离，预驱和IGBT集成于IPM内，结合MCU实现过温、过压/欠压、过流等保护功能，方案框图如图3所示。除此之外，有专门的可视化在线调试监控软件，能快速调整和优化电机参数，汽车数字与电机控制库，为您提供产品级、高性能的解决方案。

图 3  方案框图

四、解决方案具有以下特征：

  反激式开关电源，实现高压、低压隔离；

  高压过压/欠压检测；

  高压过流、短路保护功能；

  IPM内部线性温度传感器；

  IPM错误输出；

  电压、电流采样，实现软硬件共同保护器件安全；

  隔离CAN通信功能，完整CAN协议接口，支持CAN调速；

  改进的FOC算法，减少启动时间和提高最高转速；

  电机停止的斜坡降速策略。